CN115615903B - 一种凹凸排水板受压排水性能试验装置和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种凹凸排水板受压排水性能试验装置和测试方法，涉及土木工程技术领域，用于解决现有技术中凹凸排水板的排水能力测试试验不能真实反映出凹凸排水板应用于隧道特殊场景时的排水能力的问题；包括：加压机构、试样放置室和恒压供水机构，所述加压机构包括弧形压板、加压元件和压力传感器，所述加压元件和所述弧形压板固定连接，所述压力传感器用于检测所述加压元件输出的压力大小；所述试样放置室包括弧形底板，所述弧形底板和所述弧形压板相匹配，所述凹凸排水板布置在所述弧形压板和所述弧形底板之间，所述恒压供水机构和所述试样放置室的进水口连通，所述恒压供水机构用于向所述试样放置室中提供恒定水压的水。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种凹凸排水板受压排水性能试验装置和测试方法。
背景技术
近年来，针对隧道工程渗漏水问题，已有大量工程学者提出隧道防排水的新型改进工艺及材料。其中，具有规则凸台排列结构的凹凸排水板因具有全断面排水能力及较大渗流通道，有较好的应用前景。由于凹凸排水板常被设计安装于初衬与二衬之间，内侧受到二衬混凝土浇筑压力，外侧受到围岩压力，一旦压力使其压缩变形，凹凸排水板的排水能力就会随之降低。因此，探究凹凸排水板受压后排水性能变化特性，分析其排水能力随法向压力关系，是研究凹凸排水板在不同围岩条件隧道中适用性的主要依据之一。
由于凹凸排水板在隧道工程中实际应用较少，推广前需完全了解掌握其在隧道受压时排水性能。凹凸排水板在隧道中通常是处于弧形弯曲状态，凹凸排水板受到衬砌和围岩压力也是沿着弧形径向传递而来，然而，现有技术中对凹凸排水板排水能力检测主要集中在测试凹凸排水板处于水平状态或者竖直状态时不同条件下的排水能力，测试结果不能真实反映出凹凸排水板应用于隧道特殊场景的排水能力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种凹凸排水板受压排水性能试验装置和测试方法，用于解决现有技术中凹凸排水板的排水能力测试试验不能真实反映出凹凸排水板应用于隧道特殊场景时的排水能力的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种凹凸排水板受压排水性能试验装置，包括：加压机构、试样放置室和恒压供水机构，所述加压机构包括弧形压板、加压元件和压力传感器，所述加压元件和所述弧形压板固定连接，所述压力传感器用于检测所述加压元件输出的压力大小；
所述试样放置室包括弧形底板，所述弧形底板和所述弧形压板相匹配，所述凹凸排水板布置在所述弧形压板和所述弧形底板之间，所述凹凸排水板和所述弧形底板接触，所述凹凸排水板放置在所述弧形底板上后呈弧形。所述试样放置室开设有进水口和出水口，所述出水口设有阀门，所述阀门可以是挡水板，用于试验过程中阻挡所述出水口的水流流动。
所述恒压供水机构和所述试样放置室的所述进水口连通，所述恒压供水机构用于向所述试样放置室中提供恒定水压的水。
所述弧形底板模拟隧道中支护结构，所述弧形压板模拟围岩，所述恒压供水机构向所述试样放置室中提供恒定水压的水模拟隧道围岩中的渗透水。通过所述弧形压板压在所述凹凸排水板上，可以模拟所述凹凸排水板处于隧道中受到支护结构和围岩压力下的情形。带有恒定水压的水流流经受到压力的凹凸排水板可以测试出凹凸排水在在隧道中受到不同压力下的排水能力。
可选地，还包括旋转机构，所述旋转机构包括旋转架和旋转驱动元件，所述旋转架铰接在工作台上，所述弧形底板和所述旋转架固定连接，所述旋转驱动元件用于驱动所述旋转架转动。通过所述旋转机构带动所述弧形底板在竖直平面内旋转，可以模拟试验在不同隧道位置凹凸排水板的排水能力。
可选地，所述旋转驱动元件包括第一伸缩件，所述第一伸缩件铰接在所述工作台上，所述第一伸缩件的伸缩端和所述旋转架铰接。通过所述第一伸缩件的伸缩带动所述旋转架绕着交接点旋转。
可选地，所述恒压供水机构包括水箱和气泵，所述水箱和所述进水口连通，所述气泵和所述水箱连通。所述水泵向所述水箱中的水面通入恒定压强的气体，所述气体对水施加压力使得水的具有试验要求的压力值，通过改变所述水泵输入的气体压力，可以改变所述水箱中水压大小。
可选地，所述水箱包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱为弧形水箱，所述第一水箱和所述试样放置室沿着所述弧形底板弯曲方向依次布置，所述第一水箱和所述试样放置室固定连接，所述第一水箱距离水平地面的高度高于所述试样放置室，所述第一水箱和所述进水口连通，所述第一水箱和所述第二水箱互相连通，所述气泵和所述第二水箱连通，便于更真实的模拟隧道排水环境。
可选地，所述工作台上设有水槽，所述水槽位于所述出水口正下方，所述水槽的底部可以设置成斜面，斜面最低处设置有排水口，所述排水口流出的水进入到水槽中，水槽中水可以从排水口排出，可以在所述水槽中设置刻度，通过观察刻度值就可以直到水槽中的水量。
可选地，所述加压元件包括第二伸缩件，所述第二伸缩件固定安装在所述旋转架的支架上，所述伸缩元件的伸缩端和所述弧形压板固定连接，通过所述第二伸缩件伸缩驱动所述互相压板运动。
可选地，还包括弹性密封膜，所述弹性密封膜设置所述弧形压板和排水板板试样之间，所述弹性密封膜和所述试样放置室固定连接。所述弹性密封膜可以增强密封性，防止所述试样放置室中水从所述弧形压板和所述试样放置室的接触部位泄漏。
可选地，所述第一伸缩件和所述第二伸缩件为气缸、油缸或者电动推杆。
一种凹凸排水板受压排水性能测试方法，包括如下步骤：
S1、将所述凹凸排水板裁剪到设定尺寸，将所述凹凸排水板放置到所述弧形底板上，启动所述加压元件，所述加压元件中的所述弧形压板在加压元件的的驱动下靠近所述凹凸排水板直到恰好接触;
S2、关闭所述阀门，启动所述恒压供水机构，通过所述恒压供水机构向所述试样放置室中提供恒定水压的水，直到所述试样放置室中充满水；
S3、打开所述阀门，水流通过所述凹凸排水板之间的间隙流出，同时记录规定时间流出的水量A；
S4、关闭所述恒压供水机构，待所述试样放置室中水流排出后，启动所述加压元件对所述凹凸排水加载压力，待压力达到设定值时，加载压力保持在设定值；
S5、关闭所述阀门，启动所述恒压供水机构，通过所述恒压供水机构向所述试样放置室中提供恒定水压的水，直到所述试样放置室中充满水；
S6、打开所述阀门，水流通过所述凹凸排水板之间的间隙流出，同时记录规定时间流出的水量a；
S7、计算所述凹凸排水板在设定压力值时的排水性能C，C=a/A×100%。
通过设定不同压力值，重复S4～S7,可以得到不同压力下凹凸排水板的排水性能值，也可以改变通入到所述试样放置室中的水压，测试得到不同水压下凹凸排水板的排水性能值；试验装置结构简单，能够模拟隧道中凹凸排水板在不同状态下的排水情形，得到的排水性能更加接近真实情形。
附图说明
图1为本发明实施例的凹凸排水板受压排水性能试验装置的立体结构示意图；
图2为本发明实施例的凹凸排水板受压排水性能试验装置剖面结构图；
图3为本发明实施例的凹凸排水板受压状态时试验装置的剖面图；
图4为本发明实施例的凹凸排水板受压排水性能试验装置工作状态时的立体结构示意图；
图5为本发明实施例的凹凸排水板的立体结构示意图。
元件标号说明
1、加压机构；101、弧形压板；102、第二伸缩件；
2、试样放置室；201、弧形底板；202、阀门；
3、恒压供水机构；301、水箱；302、突出部；304、进气口；305、注水口；
4、旋转机构；401、旋转架；4011、支架；402、第一伸缩件；
5、工作台；501、水槽；502、斜面；
6、凹凸排水板。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
请参阅图1-图5，本发明提供一种凹凸排水板受压排水性能试验装置的实施例，包括: 加压机构1、试样放置室2和恒压供水机构3，所述加压机构1包括弧形压板101、加压元件和压力传感器，所述加压元件和所述弧形压板101固定连接，所述压力传感器用于检测所述加压元件输出的压力大小；可以通过所述压力传感器连接所述加压元件和所述弧形压板101，所述压力传感器可以测量出所述加压元件传递到所述弧形压板101的压力大小。
所述试样放置室2包括弧形底板201，所述弧形底板201和所述弧形压板101相匹配，所述凹凸排水板6布置在所述弧形压板101和所述弧形底板201之间，所述凹凸排水板6和所述弧形底板201接触，所述凹凸排水板6放置在所述弧形底板201上后呈弧形。所述试样放置室2开设有进水口和出水口，所述出水口设有阀门202，用于试验过程中阻挡所述出水口的水流流动。所述阀门202可以是挡水板，所述挡水板可以和所述弧形底板201铰接，方便开合，也可以和所述试样放置室2两端的侧板滑动配合，当所述挡水板滑下将可以将所述出水口封闭。
所述恒压供水机构3和所述试样放置室2的所述进水口连通，所述恒压供水机构3用于向所述试样放置室2中提供恒定水压的水。
所述弧形底板201模拟隧道中支护结构，所述弧形压板101模拟围岩，所述恒压供水机构3向所述试样放置室2中提供恒定水压的水模拟隧道围岩中的渗透水。通过所述弧形压板101压在所述凹凸排水板6上，可以模拟所述凹凸排水板6处于隧道中受到支护结构和围岩压力下的情形。带有恒定水压的水流流经受到压力的凹凸排水板6可以测试出凹凸排水在在隧道中受到不同压力下的排水能力。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述试验装置还包括旋转机构4，所述旋转机构4包括旋转架401和旋转驱动元件，所述旋转架401铰接在工作台5上，所述弧形底板201和所述旋转架401固定连接，所述旋转驱动元件用于驱动所述旋转架401转动。通过所述旋转机构4带动所述弧形底板201在竖直平面内旋转，可以模拟试验在不同隧道位置凹凸排水板6的排水能力。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述旋转驱动元件包括第一伸缩件402，所述第一伸缩件402铰接在所述工作台5上，所述第一伸缩件402的伸缩端和所述旋转架401铰接。通过所述第一伸缩件402的伸缩带动所述旋转架401绕着交接点旋转。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述旋转驱动元件包括电机和主动齿轮和从动齿轮，所述电机固定安装在所述工作台5上，所述从动齿轮和所述旋转架401固定连接，所述主动齿轮和所述电机的输出轴同轴固定连接，所述主动齿轮和所述从动齿轮互相啮合，通过所述电机带动所述主动齿轮旋转，所述主动齿轮带动所述从动齿轮旋转，所述旋转架跟随所述从动齿轮一起旋转。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述恒压供水机构3包括水箱301和气泵，所述水箱301和所述进水口连通，所述水箱301上设置有突出部302，所述突出部302保持在所述水箱301的最高位置，所述突出部302上设置有注水口305,和进气口304。所述气泵和所述水箱301的所述进气口304连通。当从所述注水口305向所述水箱301中注入设定的水量后，关闭所述注水口305的注水阀门。所述气泵向所述水箱301中的水面通入恒定压强的气体，所述气体对水施加压力使得水的具有试验要求的压力值，通过改变所述水泵输入的气体压力，可以改变所述水箱301中水压大小。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述水箱301包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱为弧形水箱，所述弧形水箱中的水流可以模拟隧道弧形支护结构中聚集的渗透水流形态，所述第一水箱和所述试样放置室2沿着所述弧形底板201弯曲方向依次布置，所述第一水箱和所述试样放置室2固定连接，所述第一水箱距离水平地面的高度高于所述试样放置室2，所述第一水箱和所述进水口连通，所述第一水箱和所述第二水箱互相连通，所述气泵和所述第二水箱连通，第二水箱可以放置到工作台上，所述第一水箱随着所述弧形底板201运动。
试验过程中，向所述第二水箱中注入一定量的水，关闭注水口，通过所述气泵向所述第二水箱中通入一定气压的气体，在气压的作用下，所述第二水箱中的水进入到所述第一水箱和所述试样放置室2中，并进行排水试验，所述第二水箱体积大于所述第一水箱，保证排水性能试验长时间的进行，试验结果更加准确。同时，每次试验时所述第二水箱中可以注入一定量的水，试验过程中，记录所述第二水箱中水排完所需的时间，通过比较所述凹凸排水板6在不同压力下排完同等量的水所需时间，可以知道所述凹凸排水板6在不同情形下的排水性能。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述工作台5上设有水槽501，所述水槽501位于所述出水口正下方，所述水槽501的底部可以设置成斜面502，斜面502最低处设置有排水口，所述排水口流出的水进入到水槽501中，水槽501中水可以从排水口排出，可以在所述水槽501中设置刻度，通过观察刻度值就可以直到水槽501中的水量。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述加压元件包括第二伸缩件102，所述第二伸缩件102固定安装在所述旋转架401的支架4011上，所述第二伸缩件102的伸缩端和所述弧形压板101固定连接，通过所述第二伸缩件102伸缩驱动所述互相压板运动。
本实施例中，请参阅图1-图5，还包括弹性密封膜，所述弹性密封膜设置所述弧形压板101和排水板板试样之间，所述弹性密封膜和所述试样放置室2固定连接。所述弹性密封膜可以增强密封性，防止所述试样放置室2中水从所述弧形压板101和所述试样放置室2的接触部位泄漏。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述第一伸缩件402和所述第二伸缩件102为气缸、油缸或者电动推杆。
请参阅图1-图5，本发明提供一种凹凸排水板受压排水性能测试方法的实施例，包括如下步骤：
S1、将所述凹凸排水板6裁剪到设定尺寸，将所述凹凸排水板6放置到所述弧形底板201上，启动所述加压元件，所述加压元件中的所述弧形压板101在加压元件的的驱动下靠近所述凹凸排水板6直到恰好接触;
S2、关闭所述阀门202，启动所述恒压供水机构3，通过所述恒压供水机构3向所述试样放置室2中提供恒定水压的水，直到所述试样放置室2中充满水；
S3、打开所述阀门202，水流通过所述凹凸排水板6之间的间隙流出，同时记录规定时间流出的水量A；
S4、关闭所述恒压供水机构3，待所述试样放置室2中水流排出后，启动所述加压元件对所述凹凸排水加载压力，待压力达到设定值时，加载压力保持在设定值；
S5、关闭所述阀门202，启动所述恒压供水机构3，通过所述恒压供水机构3向所述试样放置室2中提供恒定水压的水，直到所述试样放置室2中充满水；
S6、打开所述阀门202，水流通过所述凹凸排水板6之间的间隙流出，同时记录规定时间流出的水量a；
S7、计算所述凹凸排水板6在设定压力值时的排水性能C，C=a/A×100%。
通过设定不同压力值，重复S4～S7,可以得到不同压力下凹凸排水板6的排水性能值，也可以改变通入到所述试样放置室2中的水压，测试得到不同水压下凹凸排水板6的排水性能值；试验装置结构简单，能够模拟隧道中凹凸排水板6在不同状态下的排水情形，得到的排水性能更加接近真实情形。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于，包括：
加压机构，
所述加压机构包括弧形压板、加压元件和压力传感器，所述加压元件和所述弧形压板固定连接，所述压力传感器用于检测所述加压元件输出的压力大小；
试样放置室，
所述试样放置室包括弧形底板，所述弧形底板和所述弧形压板相匹配，所述凹凸排水板布置在所述弧形压板和所述弧形底板之间，所述凹凸排水板和所述弧形底板接触，所述试样放置室开设有进水口和出水口，所述出水口设有阀门；
恒压供水机构，
所述恒压供水机构和所述试样放置室的所述进水口连通，所述恒压供水机构用于向所述试样放置室中提供恒定水压的水；
所述恒压供水机构包括水箱和气泵，所述水箱和所述进水口连通，所述气泵和所述水箱连通；
所述水箱包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱为弧形水箱，所述第一水箱和所述试样放置室沿着所述弧形底板弯曲方向依次布置，所述第一水箱和所述试样放置室固定连接，所述第一水箱距离水平地面的高度高于所述试样放置室，所述第一水箱和所述进水口连通，所述第一水箱和所述第二水箱互相连通，所述气泵和所述第二水箱连通。
2.根据权利要求1所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于：还包括旋转机构，所述旋转机构包括旋转架和旋转驱动元件，所述旋转架铰接在工作台上，所述弧形底板和所述旋转架固定连接，所述旋转驱动元件用于驱动所述旋转架转动。
3.根据权利要求2所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于：所述旋转驱动元件包括第一伸缩件，所述第一伸缩件铰接在所述工作台上，所述第一伸缩件的伸缩端和所述旋转架铰接。
4.根据权利要求2所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于：所述工作台上设有水槽，所述水槽位于所述出水口正下方。
5.根据权利要求3所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于：所述加压元件包括第二伸缩件，所述第二伸缩件固定安装在所述旋转架的支架上，所述第二伸缩件的伸缩端和所述弧形压板固定连接。
6.根据权利要求1所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于：还包括弹性密封膜，所述弹性密封膜设置所述弧形压板和所述凹凸排水板之间，所述弹性密封膜和所述试样放置室固定连接。
7.根据权利要求5所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于：所述第一伸缩件和所述第二伸缩件为气缸、油缸或者电动推杆。
8.一种凹凸排水板受压排水性能测试方法，适用于权利要求1-7任一所述的凹凸排水板受压排水性能试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将所述凹凸排水板裁剪到设定尺寸，将所述凹凸排水板放置到所述弧形底板上，启动所述加压元件，所述加压机构中的所述弧形压板在加压元件的的驱动下靠近所述凹凸排水板直到恰好接触;
S2、关闭所述阀门，启动所述恒压供水机构，通过所述恒压供水机构向所述试样放置室中提供恒定水压的水，直到所述试样放置室中充满水；
S3、打开所述阀门，水流通过所述凹凸排水板之间的间隙流出，同时记录规定时间流出的水量A；
S4、关闭所述恒压供水机构，待所述试样放置室中水流排出后，启动所述加压元件对所述凹凸排水板加载压力，待压力达到设定值时，加载压力保持在设定值；
S5、关闭所述阀门，启动所述恒压供水机构，通过所述恒压供水机构向所述试样放置室中提供恒定水压的水，直到所述试样放置室中充满水；
S6、打开所述阀门，水流通过所述凹凸排水板之间的间隙流出，同时记录规定时间流出的水量a；
S7、计算所述凹凸排水板在设定压力值时的排水性能C，C=a/A×100%。
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| CN202211342626.1A CN115615903B (zh) | 2022-10-31 | 2022-10-31 | 一种凹凸排水板受压排水性能试验装置和测试方法 |
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